Há uma zona da Tabela Periódica que a gente costuma olhar de soslaio: aquele bloco deslocado lá embaixo, onde vivem lantanídeos e actinídeos. Em livros didáticos, ele aparece como um apêndice arrumadinho; na prática, é um território onde a química encosta na física nuclear e onde as regras familiares da tabela começam a se contorcer. Foi exatamente aí que uma equipe do Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) decidiu fincar uma bandeira: produzir e identificar diretamente moléculas contendo o elemento nobélio (No, Z = 102) e compará-las, lado a lado, com moléculas de actínio (Ac, Z = 89). Parece detalhe técnico? É desses detalhes que derrubam ou confirmam colunas inteiras do nosso entendimento químico.
A chefe da empreitada, Jennifer Pore, foi direta: medir as propriedades químicas de No em moléculas reais abre caminho para revisar a posição dos elementos mais pesados na tabela. E não estamos falando de um palpite teórico: é a primeira vez que um elemento tão pesado é observado em uma molécula com identificação direta da espécie química. O que sai desse tipo de medição não é só curiosidade de rodapé; é um teste de estresse para a ideia de que a Tabela Periódica continua “prevendo” comportamentos à medida que descemos os degraus dos números atômicos.
A Tabela Periódica é uma espécie de mapa mental: grupos (colunas) juntam elementos com propriedades parecidas; períodos (linhas) organizam o aumento do número de prótons (Z). Essa organização dá um poder preditivo delicioso: dá para palpitar o ponto de fusão, reatividade, estados de oxidação. Só que esse mapa foi desenhado, historicamente, com base em elétrons que obedecem a velocidades não relativísticas. Quando Z cresce demais, entra em cena um efeito que costuma ficar escondido nas aulas básicas: relatividade.
Dito isso: núcleos muito carregados puxam com tal força os elétrons mais internos que efeitos relativísticos passam a contrair níveis "s" e "p", expandir "d" e "f", reforçar acoplamentos spin-órbita e turbinar blindagens eletrônicas (blindagem é quando elétrons mais próximos do núcleo “protegem” os externos do campo positivo). Se a distribuição eletrônica muda, a química muda. A ponto de uma pergunta voltar com força: os elementos mais pesados estão mesmo nas “casas” certas da tabela?
Entre os actinídeos (Z > 88), esse embaralhamento fica particularmente picante porque os orbitais "5f" entram em jogo. Dois extremos servem de âncora:
Actínio (Ac), o primeiro da série, não tem elétrons em "5f" e, de tão raro, teve estrutura cristalina em compostos resolvida só recentemente.
Nobélio (No), na outra ponta, carrega 14 elétrons em "5f" (configuração cheia) e permanece um enigma químico por uma razão simples: ele quase não existe na natureza, vive por instantes e precisa ser fabricado átomo a átomo.
Se as propriedades químicas variam ao longo da série, e tudo indica que variam, comparar Ac e No em ambiente molecular controlado vale ouro.
Produzir Ac e No não é “misturar reagentes”. É física de aceleradores. A equipe do LBNL partiu de feixes de cálcio-48 (⁴⁸Ca) acelerados no Ciclótron de 88 polegadas. Esses projéteis foram lançados contra dois alvos distintos:
¹⁶⁹Tm (túlio) para gerar actínio,
²⁰⁸Pb (chumbo) para gerar nobélio.
As reações nucleares criam uma sopa radioativa onde os íons de interesse são minoria. Entra então o Berkeley Gas-filled Separator, que funciona como um porteiro exigente: separa íons actinídeos do material de feixe não reagido e dos subprodutos. O fluxo “limpo” segue para o coração químico do experimento: FIONA — For the Identification Of Nuclide A — um espectrômetro de massas de alta velocidade acoplado a uma câmara “gas catcher” (capturadora de gás).
No "gas catcher", reina hélio ultrapuro com traços calibrados de H₂O e N₂, a cerca de 150 torr. Os íons de Ac e No chegam quentes e supercarregados; batem no gás, perdem energia, relaxam para o estado 2+ e, nesse “banho”, acabam se coordenando com as impurezas controladas. É aí que formam-se complexos de coordenação, pequenas moléculas onde o íon metálico 2+ interage com água e nitrogênio. Pense nesses ligantes como “mãos” que seguram o metal pelo lado certo, permitindo comparar geometrias e forças de ligação entre Ac²⁺ e No²⁺.
Um detalhe elegante: a mistura gás-íon sai por um orifício de 1,3 mm e entra numa região de pressão de poucos torr. Essa transição provoca expansão supersônica, que resfria o conjunto de forma abrupta e estabiliza as espécies moleculares recém-nascidas. A química, aqui, é literal e temporal: nascem, esfriam, sobrevivem por tempo suficiente para serem medidas.
As moléculas passam por um RFQ cooler-buncher (uma armadilha quadrupolar de rádio-frequência) que aprisiona os íons por até 50 ms. Nesse período, as colisões com o hélio terminam de termalizar o conjunto (todo mundo chega à mesma temperatura). Em seguida, as espécies são reaceleradas e entram na etapa que dá o selo de autenticidade: espectrometria de massas de alta precisão. É aqui que o FIONA brilha.
Estudos anteriores com elementos superpesados eram um pouco “arqueológicos”: observavam partículas secundárias do decaimento radioativo para inferir, indiretamente, qual molécula poderia ter existido. O problema é que esse caminho vive de suposições importadas de química “leve”. Com FIONA, a equipe mede diretamente a razão massa-carga das espécies moleculares que acabou de formar. É rápido (crucial, porque esses átomos têm prazos curtíssimos) e sensível (importante, porque as taxas de produção são baixas). O resultado é uma identificação positiva da espécie química, nada de listas de possibilidades: é esta molécula aqui.
Quando alguém diz que No é o elemento mais pesado já observado em uma molécula identificada diretamente, está dizendo também que a química dos superpesados saiu da inferência e ganhou medição limpa. Daí vem a confiança para comparar como No²⁺ e Ac²⁺ se ligam a H₂O e N₂ e para detectar diferenças estruturais que se alinham com aquilo que a relatividade sugeria: a distribuição eletrônica muda, a química muda junto.
Se a missão era “comparar extremos”, faz sentido olhar ligantes simples que toda química de coordenação respeita: água (forte candidata a formar aquo-complexos) e nitrogênio (que sonda outras geometrias e forças de ligação). A equipe relata diferenças claras de afinidade e modo de coordenação entre Ac²⁺ e No²⁺. Não é apenas questão de “grudar mais forte ou mais fraco”; trata-se de como o íon organiza o entorno, quantas moléculas cabem na primeira esfera de coordenação, que simetria emerge e como isso aparece no espectro de massas.
Por que essas minúcias importam? Porque as séries "f" (lantanídeos e actinídeos) carregam uma reputação de “parecidos entre si”. É verdade em boa medida para lantanídeos, mas entre os actinídeos o peso relativístico inclina a balança. Se No — com 5f cheio — se comporta de modo distinto de Ac — sem 5f — em complexos reais, temos um ponto de apoio experimental para ajustar tendências periódicas na zona mais nebulosa da tabela.
Será que a Tabela Periódica segue predizendo propriedades com a mesma elegância quando atravessamos Z = 100? Vale guardar essa pergunta.
A beleza do experimento está na costura. Cada etapa depende da outra e todas precisam ser rápidas e limpas:
Produção nuclear: acelerador gera átomos raríssimos em condições controladas.
Separação: o Gas-filled Separator filtra o que interessa.
Formação molecular: o gas catcher com He + H₂O + N₂ em 150 torr cria o ambiente para complexos 2+ surgirem.
Resfriamento supersônico: o jato que sai pelo orifício de 1,3 mm evita que as moléculas se desfaçam antes da medida.
Aprisionamento RFQ: os íons assentam a poeira térmica.
FIONA: pesa e identifica.
Essa sequência cuida de um problema clássico na química de superpesados: tempo. Muitos isótopos vivem milissegundos ou segundos. Fazer química com relógio correndo exige engenharia de fluxo e espectrometria veloz. Sem isso, voltamos às inferências de decaimento.
Se você acompanha terapias emergentes, talvez tenha ouvido falar do ²²⁵Ac. Esse isótopo do actínio emite partículas alfa e, acoplado a vetores moleculares (anticorpos, peptídeos), tem se mostrado promissor em oncologia para atingir metástases com doses locais altíssimas e pouca penetração (ótimo para preservar tecido saudável). O gargalo, porém, é fornecimento: pouco ²²⁵Ac é produzido e, por ser raro, muitas perguntas básicas de química ficam sem resposta, porque todo mundo corre para aplicações clínicas.
E onde entra a pesquisa com Ac²⁺ e ligantes simples? Entram as regras de coordenação. Entender como o actínio se liga a água, nitrogênio e, por extensão, a grupos funcionais de biomoléculas, ajuda a projetar quelantes estáveis, rotas de produção e protocolos de purificação. Em português claro: menos perda, mais estabilidade, mais chance de levar a dose certa ao tumor. Ciência básica tem dessas: um ajuste fino em química de coordenação melhora o pipeline clínico.
A Tabela Periódica não vai desmoronar. O ponto é outro. Para Z altos, a relatividade impõe correções que deformam tendências sutis. O que a equipe de Pore está dizendo, com dados na mão, é: parem de inferir exclusivamente por analogia com vizinhos mais leves. Meçam. Os actinídeos respondem a "5f" de maneiras que o ensino introdutório não captura. E superpesados, que já flertam com a região “ilha de estabilidade” no nuclear, podem exibir química que não encaixa confortavelmente nos quadradinhos onde os colocamos por tradição.
É aqui que aquela pergunta volta: até onde a tabela prevê sem ajuda? Minha leitura é pragmática: a tabela continua sendo o melhor mapa que temos, mas para Z > 100 o mapa precisa de correções relativísticas na legenda. E essas correções variam de elemento para elemento; não dá para generalizar com base em meia dúzia de medidas de bancada.
Identificação direta importa: parar de inferir moléculas por decaimento e pesá-las muda o patamar de confiança.
Ac vs No expõe 5f: comparar extremos da série revela assimetrias químicas coerentes com efeitos relativísticos.
Aplicações não são longínquas: do ²²⁵Ac em terapia alfa a materiais e separações químicas, entender coordenação acelera tecnologia.
Perceba como esses três pontos se conectam. São formas diferentes de dizer que química de superpesados só avança quando física nuclear, engenharia de feixes, dinâmica de gases e espectrometria correm em paralelo.
Quais ligantes além de H₂O e N₂ revelam diferenças ainda mais marcantes entre Ac²⁺ e No²⁺? Fosfinas? Haletos? Carboxilatos?
Como variam estados de oxidação acessíveis em condições brandas? Há janelas para No³⁺ ou No⁺ em ambientes específicos?
Que papel o solvente (e não só a fase gasosa resfriada) joga em estabilidade e cinética desses complexos?
Até onde o FIONA consegue ir em Z e tempo de meia-vida sem perder resolução?
Essas questões mapeiam o caminho natural: ampliar a biblioteca de ligantes, cruzar com teoria relativística robusta e forçar a tabela a mostrar onde precisa ser retocada.
Hoje, a plataforma usa excitação a laser para disparar a química do emissor recém-feito. O sonho para integração industrial é emissores acionados eletricamente, como LEDs, que dispensem ótica externa pesada. A própria equipe sinaliza esse rumo: incorporar emissores elétricos à plataforma que já faz captura gasosa, formação molecular e identificação rápida. Esse casamento simplifica a estrada até chips e módulos capazes de sondar química de elementos raros sem laboratório inteiro em volta.
Lá no começo, como foi mencionado, era medir moléculas com No poderia “sacudir” o rodapé da Tabela Periódica. Volto a ela aqui, sacudir não significa jogar fora; significa ajustar o prumo. A sequência experimental, da produção nuclear à massas de alta precisão, oferece um padrão para outros superpesados. Quanto mais espécies diretamente identificadas, mais sólida fica a base para dizer quem fica onde na tabela e que propriedades anotar no “manual do usuário” de cada quadradinho.
Segue útil, como sempre. Só que, quando o relógio relativístico marca presença, predição sem medida vira chute educado. A boa notícia é que ferramentas como o FIONA tornam medir viável. E medir é o primeiro passo para prever de novo, agora com as correções certas.
Referência:
Direct identification of Ac and No molecules with an atom-at-a-time technique - A tabela periódica fornece uma estrutura intuitiva para entender as propriedades químicas. No entanto, seus padrões tradicionais podem quebrar para os elementos mais pesados que ocupam o fundo do gráfico. Os grandes núcleos de actinídeos ( Z > 88) e elementos superanças ( z ≥ 104) dão origem a efeitos relativísticos que devem alterar substancialmente seus comportamentos químicos, indicando potencialmente que atingimos o fim de uma tabela periódica preditiva 1 . Os efeitos relativísticos já foram citados pela química incomum dos actinídeos em comparação com os de seus colegas de lantanídeo 2 . Infelizmente, é difícil entender o impacto total dos efeitos relativísticos, pois a pesquisa sobre os actinídeos e elementos superanças posteriores é escassa.
https://www.nature.com/articles/s41586-025-09342-y
